干旱胁迫对燕麦幼苗叶片光合特性及活性氧清除系统的影响

doi:10.11686/cyxb2021410

摘要/Abstract

摘要：

为探究燕麦幼苗遭受干旱胁迫后叶片光合特性及活性氧清除系统的响应机制，本试验选用青海本地推广品种‘青燕1号’为研究对象，以PEG-6000模拟干旱胁迫环境，在不同干旱浓度（CK、P₁₀和P₂₀）和不同干旱持续时间（4、7、10 d）处理下，研究燕麦幼苗干旱胁迫后对光合作用参数、叶绿素含量、类胡萝卜素含量、超氧阴离子含量、过氧化氢含量及酶类抗氧化剂和非酶抗氧化剂含量的影响，为青藏高原地区抗旱燕麦品种评价提供理论依据。研究表明：1）随着胁迫程度增加叶绿素含量（Chl）显著下降，超氧阴离子（O₂^-）、过氧化氢（H₂O₂）含量明显增加，净光合速率（P_n）、蒸腾速率（T_r）、胞间CO₂浓度（C_i）、气孔导度（G_s）、最大光化学效率（F_v/F_m）和实际光化学效率（Φ_psⅡ）明显下降，而初始荧光（F_o）和非光化学淬灭（NPQ）显著增加。干旱胁迫能引起植株短时间内水分利用效率增加，但气孔关闭及光反应中心遭到破坏是光合性能减弱的主要原因。2）随胁迫浓度与胁迫时间增加酶类抗氧化剂超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、脱氢抗坏血酸还原酶（DHAR）、谷胱甘肽还原酶（GR）、抗坏血酸过氧化物酶（APX）先升高后降低，谷胱甘肽过氧化物酶（GPX）持续增加，而非酶类抗氧化剂在干旱胁迫下均显著高于对照。轻度胁迫下，‘青燕1号’燕麦主要通过酶类抗氧化剂清除活性氧毒害物质，而在重度胁迫下主要以非酶类抗氧化剂清除系统为主。

关键词: 干旱胁迫, 燕麦, 幼苗

Abstract:

This research investigated the responses of leaf senescence and the active oxygen scavenging system following water deficit stress in oats， in order to provide a theoretical framework for evaluation of drought-resistance of oat varieties used on the Qinghai-Tibetan Plateau. A popular local Qinghai oat variety， Qingyan No.1， was used in the experiment. Water deficit stress was simulated with PEG-6000 at two concentrations （P₁₀ and P₂₀）_{and a nil-PEG （CK） treatment was also included. These treatments were applied to plants for 4， 7， or 10 days. The effects of drought stress on the photosynthesis parameters， chlorophyll content， carotenoid content， superoxide anion content， hydrogen peroxide content， antioxidant enzyme activities and non-enzymatic antioxidants were studied. It was found that： 1） With increase in drought stress， the chlorophyll （Chl） content of oat seedlings decreased significantly； superoxide anion content （O₂^-） and hydrogen peroxide （H₂O₂） contents increased significantly； net photosynthetic rate （P_n）， transpiration rate （T_r）， intercellular CO₂ concentration （C_i）， stomatal conductance （G_s）， maximum photochemical efficiency （F_v/F_m）， and actual photochemical efficiency （Φ_psII） decreased significantly； and chlorophyll initial fluorescence （F_o） and the non-photochemical quenching coefficient （NPQ） increased significantly. Water deficit stress initially increased plant water use efficiency， but this effect was short-lived and stomatal closure and damage to light reaction centers were the main reasons for the weakening of photosynthetic performance under water deficit. 2） With increase in PEG concentration， or duration of simulated water deficit stress， the activities superoxide dismutase （SOD）， and related enzymes dehydroascorbate reductase （DHAR）， glutathione reductase （GR）， and ascorbic acid peroxidase （APX） increased initially and then decreased， while glutathione peroxidase activity（GPX） continued increasing. However， levels of non-enzymatic antioxidants of oats were significantly higher under drought stress than in control plants. It was concluded that under mild drought stress or in early drought stress， ‘Qingyan No.1’oats remove reactive oxygen species and toxic substances mainly through enzyme antioxidants， while under severe stress， they are removed mainly through non-enzyme antioxidants.}

Key words: drought stress, oat, seedlings

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图/表 10

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因素Factors	叶绿素含量Chl	类胡萝卜素含量Car	过氧化氢含量H₂O₂	氧自由基含量O₂^-
干旱时间Drought time （DT）	137.592**	72.904**	169.602**	95.278**
干旱程度Drought degree （DD）	692.148**	117.385**	317.876**	26.757**
干旱时间×干旱程度DT×DD	27.335**	66.314**	100.038**	32.121**

因素Factors	叶绿素含量Chl	类胡萝卜素含量Car	过氧化氢含量H₂O₂	氧自由基含量O₂^-
干旱时间Drought time （DT）	137.592**	72.904**	169.602**	95.278**
干旱程度Drought degree （DD）	692.148**	117.385**	317.876**	26.757**
干旱时间×干旱程度DT×DD	27.335**	66.314**	100.038**	32.121**

因素Factors	净光合速率P_n	蒸腾速率T_r	气孔导度G_s	胞间CO₂浓度C_i
干旱时间Drought time （DT）	510.775**	104.285**	131.488**	102.176**
干旱程度Drought degree （DD）	1412.088**	243.187**	512.582**	329.770**
干旱时间×干旱程度DT×DD	134.985**	14.767**	37.173**	20.407**

因素Factors	净光合速率P_n	蒸腾速率T_r	气孔导度G_s	胞间CO₂浓度C_i
干旱时间Drought time （DT）	510.775**	104.285**	131.488**	102.176**
干旱程度Drought degree （DD）	1412.088**	243.187**	512.582**	329.770**
干旱时间×干旱程度DT×DD	134.985**	14.767**	37.173**	20.407**

指标 Index	干旱时间 Drought time （d）	干旱程度Drought degree
指标 Index	干旱时间 Drought time （d）	CK	P₁₀	P₂₀
净光合速率P_n （μmol·m^-2·s^-1）	4	15.33±0.03aA	13.54±0.10aB	8.82±0.26aC
	7	16.04±1.57aA	9.33±0.22bB	4.18±0.36bC
	10	15.20±0.81aA	1.94±0.09cB	0.31±0.07cC
蒸腾速率T_r （mmol·m^-2·s^-1）	4	4.61±0.47aA	4.06±0.32aA	1.90±0.09aB
	7	3.90±0.14aA	2.36±0.20bB	0.92±0.13bC
	10	3.70±0.60aA	0.64±0.07cB	0.26±0.01cB
气孔导度G_s （mol·m^-2·s^-1）	4	0.28±0.03aA	0.25±0.03aA	0.10±0.00aB
	7	0.26±0.01aA	0.10±0.01bB	0.04±0.01bC
	10	0.26±0.01aA	0.02±0.00cB	0.01±0.00cC
胞间CO₂浓度C_i （μmmol·mol^-1）	4	288.95±8.06aA	286.62±6.23aA	238.39±5.06aB
	7	289.63±12.56aA	233.01±3.61bB	184.94±7.75bC
	10	273.15±2.21aA	235.63±8.88bB	155.25±8.91cC